JP6996928B2 - 制動制御装置 - Google Patents

Description

モータを用いて駆動エネルギーを回生可能な車両等における回生ブレーキを用いた制動制御装置等に関する。

無段変速機（以下、「ＣＶＴ」とも称す）をはじめとする変速機が搭載されたハイブリッド車においては、駆動系に直接制動力を印可するブレーキ（例えば油圧ブレーキによる減速）の他に、変速機による惰行減速、モータによる回生ブレーキ制動（回生制動とも称す）等を組み合わせ、制動力を発生させて減速されている。

ＣＶＴ等の変速機による惰行減速および回生制動においては、車速に応じて減速度、すなわちトルク（Ｇ）が変動する（以下、Ｇ変動とも称す）。すなわち、後述するように、ＣＶＴ等の変速機を搭載した車両においては、減速時に一定の速度以下になることを条件として変速比が低下するように変速機を作動させる制御（以下、「ロー戻し」とも称す）が行われる。また、変速機の変速比が低い程、惰行減速の減速度が大きくなる傾向にある。そのため、変速機による惰行減速が行われる場合には、変速比の低下後にＧ変動が急増し、特に低速領域においてＧ変動が大きくなる傾向にある。

また、回生制動においては、モータ特性に依存して減速度が変動する傾向にあり、速度低下に伴って減速度が上昇する傾向にある。また、減速度が大きくなりすぎることを抑制するため、回生制動に際しては、一定の減速度以上になると、それ以上減速度が大きくならないように制御される。

上述したＧ変動について、ＣＶＴ等の変速機による惰行減速によるものと回生制動によるものとを合わせて検討すると、車速に応じて変動する傾向にある。仮に油圧ブレーキによる制動力が一定であるとすると、変速機による惰行減速に伴うＧ変動および回生制動に伴うＧ変動に応じて、車両に作用するＧ変動は、速度と共に大きく変動することになる。車両に作用するＧ変動が大きいと、ブレーキフィーリングが損なわれ運転者に不快感を与えると共に、運転者が正確な制動制御を行うことを妨げる。そのため、車両に作用するＧ変動は一定以内に抑制されることが好ましい。

特開２００８－１０５５２３号公報

そこで、上述した課題を解決すべく、本発明者らは、ブレーキ協調制御による方法を検討した。具体的には、ブレーキ協調制御は、ＣＶＴ等の変速機による惰行減速による減速度（以下、「ＣＶＴ減速度」とも称す）、および回生制動による減速度（以下、「回生減速度」とも称す）とを合計した合計減速度に応じて、油圧ブレーキによる減速度（以下、「ブレーキ減速度」とも称す）を調整する制御である。このブレーキ協調制御により、車両に作用する減速度（以下、「車両減速度」とも称す）の変動が一定の範囲内に収まり、Ｇ変動も一定以内に抑制される。

ブレーキ協調制御について図４を用いて説明する。図４は、油圧ブレーキによる減速、変速機による惰行減速、およびモータによる回生制動に伴うＧ変動の経時的変化について、車速が一定の割合で減速した場合を想定して例示した模式図である。

図４において、符号１９を付したグラフは、変速機としてＣＶＴを採用した場合における惰行減速に伴う減速度の経時変化（以下、「ＣＶＴＧ変動」とも称す）を示したものである。図４に示した例においては、時間ｔ１までの間、ＣＶＴＧ変動がほぼ一定で推移する。その一方で、時間ｔ１でＣＶＴの変速比を低下させる（以下、「ロー戻し」とも称す）ための制御が行われると、ロー戻し以後の時間ｔ１～時間ｔ２の区間２０において、減速度が上昇していく。また、時間ｔ２の時点でＣＶＴ３のロックアップが解除されると、これ以降、ＣＶＴ減速度が急激に低下する。

図４において、符号２１を付したグラフは、モータ１における回生制動に伴う減速度（回生減速度）の経時変化（以下、「回生Ｇ変動」とも称す）を示したものである。回生Ｇ変動は、基本的にモータ１の特性に依存して変動し、車速が低速となってモータ回転数が小さくなるほど減速度が大きくなる傾向にある。そのため、図４に示すように、減速開始初期の区間２２においては、時間の経過に伴って減速度が徐々に大きくなる（区間２２）。ただし、一般的な車両においては、Ｇ変動を一定以下に抑えるべく、減速度が一定の値を超えるとそれ以上減速度が上昇しないようにモータの制御がなされる（区間２３）。また、回生Ｇ変動は、停止直前において速度に連動して低減する。

図４において、符号２４を付したグラフは、上述したＣＶＴＧ変動と回生Ｇ変動との合計（以下、「合計Ｇ変動」とも称す）を示すものである。図中に符号２５で示すように、車両に作用するＧ変動（以下、「車両Ｇ変動」とも称す）の総和が略一定になるようにすべく、ブレーキ協調制御においては、ブレーキ減速度が図中に斜線で示す領域２６に相当する大きさになるように油圧制御がなされる。

上述したようにしてブレーキ協調制御を行うことにより、車両に作用する減速度（車両減速度）の変動およびＧ変動を一定の範囲内に収めることができる。しかしながら、ブレーキ協調制御は複雑な制御を伴うものである。そのため、動作制御の単純化等の観点から、ブレーキ協調制御を行うことなく車両減速度の変動およびＧ変動を所定の範囲内に収めることができ、ブレーキフィーリングが損なわれることなく制動制御を行える制御装置の提供が求められている。

上記問題点を解決するために、本発明は、容易に車両Ｇ変動を許容範囲内で緩やかに変動するように制御可能な制動制御装置の提供を目的とする。

本発明の一実施形態における制動制御装置は、モータの出力を変速機において変速して得られた駆動力により走行可能な車両に用いられ、前記車両に制動力が作用することを条件として、前記モータにおいて電気エネルギーとして回生するエネルギー回生制御を実施可能であり、前記制動力の作用に伴い、前記変速機の変速比が所定値を下回ることを条件として、前記エネルギー回生制御を制限することを特徴とする。

本発明の制動制御装置は、変速機の変速比が所定値を下回ることを条件として変速機による減速度（以下、「変速機減速度」とも称す）が増加する特性を活用し、このような条件下においてエネルギー回生制御を制限して回生減速度を低下させる制御を行う。このような制御を行うことにより、変速機減速度の増加の一部又は全部が回生減速度の低下により相殺され、変速機減速度と回生減速度との総和の変動（合計Ｇ変動）が緩やかになる。そのため、本発明の制動制御装置により制動制御を行えば、上述したようなブレーキ協調制御を行わなくても変速機の変速比が所定値を下回る低変速比領域における合計Ｇ変動を最小限に抑制できる。これにより、ブレーキフィーリングが良好であって、運転者が快適かつ正確に制動制御を行うことが可能な制動制御装置を提供できる。

本発明によれば、容易に車両Ｇ変動を許容範囲内で緩やかに変動するように制御可能な制動制御装置を提供できる。

一実施形態における制動制御装置およびハイブリッド車の要部構成を例示する概略図 一実施形態における制動制御装置の制御工程を例示するフロー図 ブレーキＧ変動、ＣＶＴＧ変動、および回生Ｇ変動を時間変化に沿って例示する模式図 油圧ブレーキによる減速、ＣＶＴによる惰行減速、およびモータによる回生制動におけるＧ変動を時間変化に沿って例示する模式図

まず、図１を用いて、本発明の一実施形態に係る制動制御装置の構成について説明する。図１は、一実施形態に係る制動制御装置、および当該制動制御装置を搭載したハイブリッド形式の車両の要部構成を例示する概略図である。

図１に示すように、モータ１は、バッテリ２から電源が供給され、車両を駆動するために車軸７に対して回転力（以下、「駆動力」とも称す）を供給する。エンジン９も車両を駆動するために車軸７に対して駆動力を供給する。そのため、図１に示す車両Ｖは、モータ１及びエンジン９から出力される動力の双方を用いて走行可能な、いわゆるハイブリッド形式の駆動方式を採用したものとされている。

車両Ｖは、変速機として無段変速機（ＣＶＴ３）を搭載したものとされている。車両Ｖは、モータ１またはエンジン９から出力された動力をＣＶＴ３やトルクコンバータ４、変速歯車装置（図示せず）、差動歯車装置（図示せず）等を介して車軸７に出力し、駆動輪８を駆動することにより走行可能とされている。

また、車両Ｖは、ブレーキペダル６の踏み込み量に応じて油圧回路（図示せず）を介してブレーキ（図示せず）に供給される油圧を変動させることにより、制動力をコントロール可能とされている。

ＥＣＵ５は、モータ１の動作を制御するために設けられている。特に、ＥＣＵ５は、ＣＶＴ３の変速比をロー側に戻す、いわゆるロー戻しが行われたことを契機としてＣＶＴによる減速度（ＣＶＴ減速度）が増加する特性を考慮し、ＣＶＴ減速度が増加する区間においてモータ１の回生制動に伴う減速度（回生減速度）を制限し、制動力をゼロに向けて減縮させる制御（以下、「回生減速度制限制御」とも称す）を行う。すなわち、ＥＣＵ５は、ＣＶＴ３をロー戻しするための制御（以下、「ＣＶＴロー戻し制御」とも称す）と、回生制御とを協調させることで回生減速度制限制御を行う。

回生減速度制限制御は、バッテリ２の電圧に応じて回生制動に伴いモータ１で発生する回生起電力の電圧制御を行うことにより実施される。回生起電力とバッテリ２の電圧とが釣り合うように、モータ１の電圧制御を行うことにより、回生エネルギーの回収が行われなくなり、回生ブレーキによる制動力がゼロになる。

上述したように、ＣＶＴロー戻し制御と回生制御とを協調させることにより、ＣＶＴ減速度の増加を回生減速度を低下により相殺し、変速機減速度と回生減速度との総和の変動（合計Ｇ変動）を緩和できる。そのため、ＥＣＵ５により上述した回生減速度制限制御を行えば、ＣＶＴロー戻し制御が行われる低変速比領域において合計Ｇ変動を最小限に抑制できる。これにより、ブレーキフィーリングを良好なものとし、車両Ｖの運転者が快適かつ正確に制動制御を行えるようにすることができる。

次に、図１，図２を用いて、本発明の一実施形態における制動制御装置（ＥＣＵ５）による制御工程について説明する。図２は一実施形態における制動制御装置（ＥＣＵ５）による制御工程を例示するフロー図である。

図２に示すように、先ずステップ１においてＥＣＵ５は、車両の走行中にブレーキペダル６によりブレーキがかけられて車両の制動（減速）が行われている状態であるか否かを確認する。減速開始当初である場合には、ＣＶＴ３による惰行減速、回生制動およびブレーキによる制動により車両は減速される。ステップ１において車両の制動（減速）が行われている状態であると確認された場合には、制御フローがステップ２に進められる。

次に、ステップ２において、ＥＣＵ５は、ＣＶＴ３をロー戻しする制御（ＣＶＴロー戻し）が行われているか否かを判定する。すなわち、ＥＣＵ５は、ＣＶＴ３の変速比が所定値以下になるまで低減された状態であるか否かを判定する。ステップ２における判定は、いかなる方法に行われても良いが、例えば、ＣＶＴ３の動作状態を直接監視することによりロー戻しが行われたか否かを判定しても良い。または、ＣＶＴ３の動作を制御するＥＣＵ（図示せず）等から出力される、ＣＶＴ３の変速比を低下させるための信号をＥＣＵ５において受信可能とし、この信号がＥＣＵ５に入力されることを条件としてロー戻しが行われたとの判定をＥＣＵ５が行うようにしても良い。ステップ２においてロー戻しが行われた状態であると判定された場合には、制御フローがステップ３に進められる。また、ロー戻しが行われていない状態であると判定された場合には、制御フローがステップ１に戻される。

ステップ２においてロー戻しが行われた状態であると判定されたことを契機として、ＥＣＵ５は、ステップ３においてモータ１の回生制動に伴う減速度（回生減速度）を制限し、制動力をゼロに向けて減縮させる制御（回生減速度制限制御）を行う。

具体的には、ＥＣＵ５は、減速中に駆動輪８側からモータ１に動力が入力されることにより生じる回生起電力の電圧と、バッテリ２の電圧とが釣り合うように、モータ１を制御する。これにより、モータ１におけるエネルギー回生制動が停止される。例えば、ＥＣＵ５は、モータ１の回転数を調整して、モータ１の電圧とバッテリ２の電圧とが同じになるように、モータ１の回転動作を制御する。ＣＶＴ３がロー戻しされてＣＶＴ減速度が増加する状況において、回生制動が制限されることにより、回生減速度が逆に低下する。これに伴い、ＣＶＴ減速度と回生減速度との和の変動量が緩和される。

なお、バッテリ２の電圧は、バッテリ２の電圧を測定する電圧測定器（図示せず）を用いて測定しても良いし、バッテリ２の電圧は一定であると想定し、バッテリ２の定格電圧を判定基準として用いても良い。

上述したステップ３において回生減速度制限制御が行われると、制御フローがステップ４に進められる。ステップ４においては、ＥＣＵ５により、車両Ｖが停止状態にあるか否かが確認される。車両Ｖが停止状態にある場合には、図２に示した一連の制御フローが完了する。一方、車両Ｖが未だ停止していない場合には、ステップ１に戻され、引き続き図２に示した制御フローに基づいた制御が継続される。

次に、図１～図３を用いて、制動制御装置（ＥＣＵ５）による回生減速度制限制御に伴うＧ変動について説明する。図３は、ＣＶＴ３による惰行減速に伴う減速度の経時変化（ＣＶＴＧ変動）、モータ１における回生制動に伴う減速度の経時変化（回生Ｇ変動）、ＣＶＴＧ変動と回生Ｇ変動との合計（合計Ｇ変動）、および車両に作用するＧ変動（車両Ｇ変動）の様子を例示した模式図である。

図３において符号１０で示すグラフは、ＣＶＴＧ変動を示したものである。ＣＶＴＧ変動１０は、時間ｔ１までの区間においてＣＶＴ減速度が略一定を維持する挙動を示す。これに対し、時間ｔ１でロー戻しが行われた後、車速が一定の条件を満たす速度まで減速された状態になる時間ｔ２までの区間１１において、ＣＶＴ減速度が上昇していく。時間ｔ２において車速が所定速度まで減速されると、ロックアップ解除された状態になる。そのため、時間ｔ２以降においては、急激にＣＶＴ減速度が低下する。図３に示したＣＶＴＧ変動は、従来のＣＶＴＧ変動と大略同様の挙動を示す。

また、図３において符号１２で示すグラフは、回生Ｇ変動を示したものである。回生Ｇ変動１２は、基本的にモータ１の特性に依存し、車速が低速となってモータ１の回転数が小さくなるほど、減速度が大きくなる傾向を示す。そのため、図３の区間１３のように、減速開始初期においては減速度が経時的に徐々に大きくなる挙動を示す。ただし、図３の区間１４に示すように、Ｇ変動を一定以下に抑えるべく、減速度が一定の値を超えるとそれ以上減速度が上昇しないようにモータ１が制御される。時間ｔ１において、ロー戻しが行われたことに伴い、モータ１は、回生制動による制動力がゼロに向けて推移するように制御される。これにより、回生減速度は、ゼロまで低下する。

また、図３において符号１５で示すグラフは、合計Ｇ変動（ＣＶＴＧ変動と回生Ｇ変動との合計）を示したものである。ここで、比較のために上述した従来例（図４参照）について説明すると、時間ｔ１においてＣＶＴ３がロー戻しされた後も回生制動による制動力を０にせず一定に保持する制御を行った場合、合計Ｇ変動は、一定に維持された回生減速度にＣＶＴ減速度の増大分が加算される。そのため、図４に示した従来例では、ＣＶＴ３をロー戻しした後の合計Ｇ変動が、ＣＶＴ減速度の増大を反映して増大してしまう（図４の合計Ｇ変動２４参照）。そのため、従来技術においては、車両Ｇ変動を一定の変動以内に納めるために、ブレーキ協調制御を行い、ブレーキ減速度を大きくする制御が行われていた。

これに対し、本実施の形態に係る制動制御装置（ＥＣＵ５）では、図３に示すように、ＣＶＴ３がロー戻しが行われたことに伴って回生減速度制限制御を行い、回生制動による制動力をゼロに向けて減縮させる。この制御を行うことにより、ＣＶＴ減速度が増加する反面、回生減速度が減少し、ＣＶＴ減速度の増加分の一部又は全部が回生減速度の減少により相殺される。そのため、合計Ｇ変動１５の変動量が大きく抑制され、緩やかに変動するようになる。

また、図３において符号１６で示すグラフは、ブレーキペダル６の踏み込み量を調整せず、ブレーキ減速度が一定であるとの仮定のもと、制動制御装置（ＥＣＵ５）により回生減速度制限制御を行った場合の車両Ｇ変動の推移を示したものである。また、図３において斜線で示した領域１７は、ブレーキ減速度に相当する。図３に示すように、車両Ｇ変動は、上述した合計Ｇ変動１５の挙動に追従して変化する。

図３において点線で示したグラフは、図４の例における合計Ｇ変動に相当する。そのため、図３において符号１８により示されたギャップが、制動制御装置（ＥＣＵ５）により回生減速度制限制御を行った場合の合計Ｇ変動と、行わなかった場合の合計Ｇ変動との差に相当する。図３から明らかなように、回生減速度制限制御を行うことにより、合計Ｇ変動１５の変動量が大幅に緩和される。このように、ブレーキ協調制御のようなブレーキ減速度を変動させる複雑な制御を行わなくても、合計Ｇ変動１５の変動量は車両Ｇ変動１６と同様に緩やかかつ微小である。そのため、制動制御装置（ＥＣＵ５）を用いて回生減速度制限制御を行うことにより、車両Ｖのブレーキフィーリングが良好なものとなると共に、運転者が快適かつ正確に制動制御を行えるようになる。

本実施形態では、制動制御装置（ＥＣＵ５）を搭載した車両の一例として、ハイブリッド車を例示したが、本発明はこれに限らず、電気自動車や電車等の、駆動装置としてモータを含む様々な車両に本願発明は適用可能である。また、モータ１は車両の駆動装置でなくても良く、他の目的で使用されるモータを用いて、制動時のエネルギーを回生する構成であっても良い。

また、上記説明では変速機としてＣＶＴを採用した例としたが、ギア等を用いた自動変速機であっても良い。減速時にギア等により、変速比を所定値まで低減させたことを契機として、制動エネルギーの回生を停止すれば、制動制御装置（ＥＣＵ５）を用いて同様の制御を行うことができる。また、制動エネルギーの回生を停止する条件は、変速機の変速比が低減された場合に限らず、変速機による減速度が上昇する他の条件であっても良い。

また、本実施形態では、回生減速度制限制御において、制動エネルギーの回生を完全に停止させる例を示したが、本発明はこれに限定されるものではない。具体的には、制動エネルギーの回生を完全に停止させず、変速比が所定値まで低減されたことを契機として、制動エネルギーの回生を減少させるように回生を制限し、ＣＶＴ減速度の増加分に応じて回生減速度を減少させても良い。また、ＥＣＵ５が、制動時にモータ１からエネルギーを回生すること、あるいは、回生することを停止することを制御するエネルギー回生装置として機能するが、エネルギーの回生制御は、他の制御装置を設けて行うこともできる。

１ モータ
２ バッテリ
３ ＣＶＴ（変速機）
５ ＥＣＵ（制動制御装置）
Ｖ 車両

Claims (1)

1. モータの出力を変速機において変速して得られた駆動力により走行可能な車両に用いられ、
   前記車両に制動力が作用することを条件として、前記モータにおいて電気エネルギーとして回生するエネルギー回生制御と、
   減速時に一定の速度以下になることを条件として変速比が低下するように変速機を作動させるロー戻し制御と、を実施可能であり、
   前記制動力の作用に伴い、前記変速機の変速比が所定値を下回ることを条件として、前記ロー戻し制御により前記変速機による減速度が増加する区間において、前記エネルギー回生制御により発生する回生制動力をゼロに向けて減縮させる回生減速度制限制御を行うことにより、前記変速機による減速度の増加の一部又は全部を、回生減速度の低下によって相殺することを特徴とする制動制御装置。

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